KR0130422B1

KR0130422B1 - 비접촉형 회전커플러

Info

Publication number: KR0130422B1
Application number: KR1019940024026A
Authority: KR
Inventors: 마사히로 우에마쓰; 다까시 오지마; 가즈오 가또
Original assignee: .; 신닛뽕세이데쓰가부시끼가이샤
Priority date: 1993-09-24
Filing date: 1994-09-23
Publication date: 1998-04-14
Also published as: JPH0794928A; CA2132495C; EP0645838A2; CN1106165A; KR950010170A; JP3337535B2; US5475351A; CA2132495A1; EP0645838A3; TW295735B

Abstract

서로 떨어져서 배치된 반대방향의 결합판 사이에서 형성되는 결합용량을 통하여 신호를 전달하기 위한 비접촉형 회전커플러. 결합판내에서, 접지도체와 비접지도체 사이에 존재하는 표유용량과 함께 신호 주파수 밴드에서 병렬공진을 일으키기 위한 인덕터가 저항기와 축전기의 접합점과 접지도체사이 또는 비접지도체와 접지도체 사이에서 접속됨으로써, 결합손실을 감소시킨다.

Description

비접촉형 회전커플러

제1도는 본 발명의 한 실시예에 의한 비접촉형 회전커플러를 형성하는 각 결합판(coupling plate)의 구성을 보여주는 저면도와 단면도.

제2도는 본 발명의 한 실시예에 의한 비접촉형 회전커플러의 등가회로도.

제3도는 종래의 비접촉형 회전커플러의 결합손실과 본 발명의 한 실시예에 의한 비접촉형 회전커플러의 결합손실을 비교한 측정도.

제4a도는 종래의 비접촉형 회전커플러를 형성하는 각 결합판의 구성을 보여주는 저면도와 단면도.

제4b도는 두 개의 결합판에 의해 형성된 종래의 비접촉형 회전커플러의 단면도.

제5도는 종래의 비접촉형 회전커플러의 등가회로도.

제6도는 종래의 비접촉형 회전커플러의 대선된 등가회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 20, 30, 40 : 결합판 11, 31 : 절연판

12, 32 : 비접지도체판 13, 33 : 접지도체판

14, 34 : 도체판 15, 35, 45 : 동축커넥터

본 발명은 위성방송을 수신하는 안테나와 같은 안테나 장치에 사용되는 비접촉형 회전커플러에 관한 것이며, 특히 결합손실의 감소가 기대되는 비접촉형 회전커플러에 관한 것이다.

최근에, 관광버스, 자가용 차량 및 RV(recreational vehicle) 차량과 같은 이동체에 설치되는 위성방송 수신용 안테나가 급속히 발달되고 있다.

이러한 종류의 차량탑재 안테나에서는 차량에서 보여지는 방송위성(BS)의 방향이 차량 경로등의 변동에 따라서 순간적으로 변화된다. 그러므로, 안테나가 방송위성을 항상 향하도록 안테나의 방위각과 고도각을 제어하는 트래킹 동작을 행할 필요가 있다. 결국, 신호 주파수밴드의 전기적 결합을 유지하면서 안테나를 상대적으로 회전하도록 하는 회전커플러가 안테나와 튜너를 연결하는 피더선의 중간에 설치되어야만 하는 필요성이 있게 된다.

이와같은 회전커플러는 12GHz 근방의 주파수를 갖는 수신신호를 결합시키기 위하여 회전 안테나와 정지 컨버터 사이에 설치되는 고주파형 회전커플러를 포함할 수 있다. 또다른 형의 회전커플러에서는, 안테나와 컨버터가 서로 일체로 되어 12GHz 근방의 주파수를 갖는 수신신호가 컨버터에 의해 한번에 1GHz 주파수 정도의 중간주파수로 변환된다. 이런 형의 회전커플러 또는 저주파형 회전커플러는 중간주파수의 전송경로 중간에 설치된다. 상기 회전커플러의 두가지 형 모두 장점과 단점을 가지고 있다. 그러나, 저주파형 회전커플러는 S/N 비 및 주파수 특성과 같은 전기적 특성의 관점에서 유리한 것으로 여겨지고 있다.

전술된 저주파형 회전커플러는 제4a와 4b도에서 나타난 구조를 갖는다. 제4a도에서 보여진 바와 같이, 결합판(30)은 절연판(31)과, 이 절연판(31)의 반대되는 면 중 하나상에서 형성된 비접지(또는 핫사이드(hot side)) 도체판(32)과, 절연판의 반대되는 면 중 다른 하나상에서 형성된 접지도체판(33) 및, 비접지 도체판(32)과 접지도체판(33) 사이에서 설치된 임피던스 정합 저항기(R1)와 DC 저지 축전기(C1)의 직렬접속을 포함한다. 도면 부호(34)는 비접지 도체판(32)을 둘러싸기 위한 절연판(31)의 한 표면상에서 형성되는 도체판을 표시한다. 축전기(C1)의 한 단자는 절연판(31)의 한 표면상에서 형성된 비접지 도체판(32)에 접속되도록 절연판(31)을 통하여 신장된 도체에 접속된다. 제4b도에서 나타난 바와 같이, 결합판(30)과 이 결합판(30)과 동일한 구조를 갖는 결합판(40)은 결합용량이 이들 결합판(30,40)의 비접지 도체판(32)과 이들 결합판 사이의 간격으로 형성되도록 서로 떨어져서 반대되게 배열된다. 동축커넥터(35,45)가 결합판(30,40)에 접속되고, 결합판들의 주연부에 설치된 메카니즘(도시되지 않음)의 채택에 의해 서로 대면하도록 회전상태로 유지된다.

제5도 및 제4a 및 4b도에서 나타난 구조를 갖는 회전커플러의 등가회로를 보여준다. 결합용량(C2)는 2개의 결합판인 비접지 도체판과 이들 사이의 간격에 의해 형성되며 결합용량(C3)는 2개의 결합판인 접지 도체판과 이들 사이의 간격에 의해 형성된다. 결합용량 (C3)는 접지도체판(33)과 2개의 결합판 중의 하나인 도체판(34)과 이들 사이에 개재된 절연판(31)으로 형성되는 결합요량과, 나머지 다른 하나의 결합판에 의해 형성된 비슷한 결합요량 및, 2개의 도체판(34)사이에서 형성되는 결합용량의 직렬접속을 포함한다. 각 결합판에서, DC 저지 축전기의 정전용량(C1 또는 C4)과 저항기(R1 또는 R2)는 비접지 도체판과 접지도체판 사이에서 서로 직렬로 접속된다. 부호 Ro는 컨버터측의 출력저항을 표시하고 부호 RL은 튜너측의 부하 저항을 나타낸다.

제4a와 4b도에서 나타난 구조와 제5도에서 나타난 등가회로를 갖는 비접촉형 회전커플러에 부딪히는 문제는 어떻게 하면 결합손실을 줄일 수 있는가 하는 것이다. 따라서, 결합용량(C2, C3)이 충분히 크도록 만들어져야 한다. 이 결합용량을 충분히 크게 하기 위하여는, 각 도체판의 면적을 충분히 크게 하는 것 뿐만 아니라 두 결합판 사이의 간격도 좁게할 필요가 있다. 그러나, 접지도체판은 제외하더라도, 중앙부에서 형성된 비접지 도체판의 면적을 늘이는 데는 한계가 있다. 또한, 결합판 사이의 간격을 감소시키는 것도 기계적인 정확성이나 안정성의 관점에서 볼 때 한계를 가지고 있다.

본 발명가들은 결합용량을 증가시키기 위하여 힘든 연구를 해오는 동안, 제5도에서 나타난 등가회로가 제4a와 4b도에서 나타난 비접촉형 회전커플러의 등가회로로서 정확하지 않을지도 모르며, 실제로 제6도에서 나타난 비접촉형 도체판과 접지도체판 사이에서 형성된 표유용량(CS1과 CS2)이 결합손실에 지대한 영향을 줄지도 모른다는 의구심을 품어왔다. 이러한 표유용량이 상당히 크다면, 라인 임피던스가 크게 감소되어, 임피던스 비정합이 커지게 된다. 결국, 신호의 흡수 또는 반사에 의해 초래되는 결합손실의 증가는 결합용량(C2, C3) 값이 작아서 생기는 결합손실의 증가보다 중요하게 된다. 또한 결합용량(C2)을 증가시키기 위하여 비접지 도체판(32)의 면적을 늘이는 시도도 비접지 도체판(32) 면적의 증가는 표유용량(CS1, CS2)의 증가를 수반하기 때문에 역효과를 가져올 수 있다.

전술된 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 비접촉형 회전커플러에서는, 두 개의 결합판 중 최소한 하나에는 접지도체판과 비접지도체판 사이에 있는 표유용량과 함께 신호주파수 밴드에서 병렬공진을 일으키며 접지도체판과 비접지도체판 사이 또는 DC 저지 저항기와 임피던스 정합축전기의 접합점과 접지도체판 사이에서 접속되는 인덕터가 제공된다.

신호 주파수 밴드에서 표유용량과 함께 병렬공진을 만드는 인덕터가 추가로 결합판에 제공되는 구성을 가지고서, 표유용량의 영향이 제거된다. 결국, 표유용량으로 인한 신호경로의 단란회로화에 의해 초래되는 결합손실을 제거됨으로써, 결합손실이 감소된다. 또한, 비접지도체 면적의 증가로 인한 결합용량(C2, C3)의 증가가 표유용량 증가에 대한 염려없이 가능하게 된다.

제1도는 본 발명의 한 실시예에 의한 비접촉형 회전커플러를 형성하는 각 결합판의 구성을 보여주는 저면도와 단면도이다. 결합판(10)은 절연판(11)과, 절연판(11)의 대향면 중 하나상에서 형성된 비접지(또는 핫사이드) 도체판(12)과, 절연판(11)의 나머지 다른 면상에서 형성된 접지 도체판(13) 및 비접지 도체판(12)과 접지도체판(13)사이에 설치된 임피던스 정합저항기(R1)와 DC 저지 축전기(C1)의 직렬접속을 포함한다. 각 도체판은 인쇄배선 기판상에서 형성되는 동박을 포함하거나, 공지된 방법에 의해 형성되는 어떠한 후막도체 또는 박막도체를 포함할 수도 있다. 축전기(C1)의 한 단자는 절연판(11)의 한 표면상에서 형성되는 비접지 도체판(12)에 접속되기 위하여 절연판(11)을 통하여 신장된 도체에 접속된다.

더욱이, 분포정수형 인덕터(L1)는 저항기(R1)와 축전기(C1) 사이의 접합점과 접지도체판(13) 사이에서 접속된다. 인덕터는 전술된 도체판과 비슷한 방식에 의해 형성되고 동박, 후막도체 또는 박막도체인 판형도체 또는 굽은 패턴을 갖는 판형도체를 포함한다.

비접촉형 회전커플러는 결합판(10)과 이 결합판(10)과 동일한 구조의 결합판(20)을 제4b도에서 도시된 것처럼 서로 떨어지고 서로 반대되게 배치하여 결합용량이 결합판(10,20)의 비접지 도체판과 이 사이의 간격에의해 형성되도록 구성된다. 비접촉형 회전커플러의 등가회로가 제2도에서 도시되어 있다. 공진주파수 근방에서의 각 결합판의 등가회로를 위하여 표유용량과 DC 저지축전기 사이에서 크기를 CS1 ≪ C1 및 CS2 ≪ C4 관계를 고려하면, 결합판(10)의 축전기(CS1)와 인덕터(L1)는 비접지 도체와 접지도체 사이에서 서로 평행하게 접속되는 것으로 생각할 수 있는 반면, 결합판(20)의 축전기(CS2)와 인덕터(L2)는 비접지 도체와 접지도체 사이에서 서로 평행하게 접속되는 것으로 생각할 수 있다.

표유용량(CS1)과 인덕터(L1)가 중간주파수 신호의 거의 중심주파수에서 병렬공진 조건을 취하도록 인덕터(L1)의 인덕턴스가 선택된다면, 이 병렬공진회로는 개방조건에 접근함으로써, 표유용량(CS1)에 의해 초래되는 신호선의 단락조건이 제거된다. 비슷하게, 표유용량(CS2)과 인덕터(L2)가 중간주파수 신호의 거의 중심주파수에서 병렬공진 조건을 취하도록 인덕터(L2)의 인덕턴스가 선택된다면, 표유용량(CS2)에 의해 초래되는 신호선의 단락조건이 제거된다. 결국, 결합손실이 크게 감소된다.

제3도는 중간주파수 밴드에서 실제로 측정된 결합손실 데이타를 보여준다. 제3도에서, 굵은선은 제1도에서 나타난 결합판을 이용한 본 발명의 실시예에 의한 비접촉형 회전커플러의 결합손실을 나타내고, 일점쇄선은 제4a도에서 나타난 종래의 비접촉형 회전커플러의 결합손실을 나타낸다. 1.2GHz인 중심주파수에서 결합손실이 인덕터의 추가로 인하여 약 7dB가 감소된다는 사실이 제3도로부터 명확해진다.

본 발명의 실시예에서, 인덕터(L1 또는 L2)는 각각의 반대되는 결합판(10,20)에 설치된다. 그러나, 결합용량(C2 또는 C3)이 표유용량(CS1 또는 CS2)과 비교해서 충분히 큰 조건을 고려하면, 인덕터는 결합판(10,20)중 하나에만 설치될 수도 있다.

본 발명의 실시예를 DC 저지 축전기가 결합판상에 배치된 구조와 관련해서 보였다. 그러나, 신호가 DC 성분을 포함하지 않는 경우나, DC 저지 축전기가 신호원측 또는 부하측상에서 배치된 경우에는, 결합판상의 DC 저지 축전기가 생략가능하다. 이 경우, 저항기(R1 또는 R2)의 한 단자와 인덕터(L1 또는 L2)의 한 단자는 비접지 도체판(12 또는 22)에 직접 연결될 수도 있을 것이다.

접지도체판(13) 면적이 비접지 도체판(12)의 면적과 비교하여 충분히 크다는 조건을 고려하면, 절연판(11)의 한 표면상의 도체판(14)은 결합용량(C3)가 감소됨과 동시에 생략될 수 있다. 반대로, 결합용량(C3)이 절연판(11)의 한 표면상에 있는 도체판(14)과 상기 절연판의 다른 표면상에 있는 접지도체판(13)을 상기 절연판(11)을 통하여 신장되는 적합한 도체에 의해 직접 접속됨으로써 추가로 증가되는 구성을 채용할 수도 있다.

위에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 비접촉형 회전커플러는 신호 주파수 밴드에서 표유용량과 함께 병렬공진을 만드는 인덕터를 반대되는 결합판의 최소한 하나에 추가로 제공하는 것에 의하여 표유용량의 영향을 감소시키는 구성을 갖는다. 그러므로, 표유용량으로 인한 임피던스 비정합의 결과로부터 생기는 신호의 흡수나 반사로 인한 결합손실이 제거됨으로써, 실험 데이타에 의해 증명되었듯이 결합손실의 큰 감소를 얻게된다.

또한, 표유용량의 영향이 궁극적으로 제거되었기 때문에, 비접지 도체면적의 증가로 인한 결합판 사이의 결합용량(C2 또는 C3)의 증가를 표유용량의 증가를 염두에 두지 않으면서 얻을 수 있다.

Claims

서로 반대되는 면을 갖는 절연판과, 상기 절연판의 반대되는 면중 한면상에서 형성되는 판형 또는 박형 비접지도체와, 상기 절연판의 반대 되는 면 중 나머지 다른 한면상에서 형성되는 판형 또는 박형 접지도체 및, 상기 비접지도체와 상기 접지도체 사이에서 설치되는 임피던스 정합저항기와 DC 저지 축전기의 직렬접속을 각각 포함하는 두 개의 결합판으로 이루어지는 비접촉형 커플러로서, 상기 결합판은 결합용량이 상기 두 개의 결합판의 비접지 도체와 이들 사이의 간격에 의해 형성되도록 서로 떨어지고 반대되게 배치되며, 상기 두 개의 결함판 중 최소한 하나는 상기 저항기와 상기 축전기의 접합점과 상기 접지도체 사이 또는 상기 비접지도체와 상기 접지도체 사이에서 접속되는 인덕터를 추가로 포함하고, 상기 인덕터는 상기 접지도체와 상기 비접지도체 사이에서 존재하는 표유용량과 함께 신호 주파수 밴드에서 병렬공진을 일으키는 것을 특징으로 하는 비접촉형 회전커플러.
제1항에 있어서, 상기 결합판이 상기 비접지도체를 둘러싸기 위하여 상기 절연판의 다른 한면상에서 형성되는 판형 또는 박형 도체를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉형 회전커플러.
서로 반대되는 면을 갖는 절연판과, 상기 절연판의 반대되는 면중 한면상에서 형성되는 판형 또는 박형 비접지도체와, 상기 절연판의 반대되는 면 중 나머지 다른 한면상에서 형성되는 판형 또는 박형 접지도체 및, 상기 비접지도체와 상기 접지도체 사이에서 설치되는 임피던스 정합저항기를 각각 포함하는 두 개의 결합판으로 이루어지는 비접촉형 커플러로서, 상기 결합판은 결합용량이 상기 두 개의 결합판의 비접지 도체와 이들 사이의 간격에 의해 형성되도록 서로 떨어지고 반대되게 배치되며, 상기 두 개의 결합판중 최소한 하나는 상기 비접지도체와 상기 접지도체 사이에서 접속되는 인덕터를 추가로 포함하고, 상기 인덕터는 상기 접지도체와 상기 비접지도체 사이에서 존재하는 표유용량과 함께 신호 주파수 밴드에서 병렬공진을 일으키는 것을 특징으로 하는 비접촉형 회전커플러.
제3항에 있어서, 상기 결합판이 상기 비접지도체를 둘러싸기 위하여 상기 절연판의 다른 한면상에서 형성되는 판형 또는 박형 도체를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉형 회전커플러.